DE3113521A1 - Regelvorrichtung fuer heizungsanlagen - Google Patents

Regelvorrichtung fuer heizungsanlagen

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DE3113521A1
DE3113521A1 DE19813113521 DE3113521A DE3113521A1 DE 3113521 A1 DE3113521 A1 DE 3113521A1 DE 19813113521 DE19813113521 DE 19813113521 DE 3113521 A DE3113521 A DE 3113521A DE 3113521 A1 DE3113521 A1 DE 3113521A1
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    • F24DDOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
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    • F24D19/10Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24D19/1006Arrangement or mounting of control or safety devices for water heating systems
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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Description

  • Regelvorrichtung für Heizungsanlagen
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelvorrichtung für Heizungsanlagen mit einer elektronischen Regelschal tung, an deren einem Eingang eine von der Vorlauftemperatur eines Heizmittels gesteuerte Regelgröße anliegt, an deren zweiten Eingang eine über eine Bewertungsschaltung geführte und somit bewertete, von der Außentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes abhängige Führungsröße anliegt, an deren Ausgang eine auch von einer Solltemperatur abhängige Stellgröße zur Veränderung der Vorlauftemperatur des Heizmittels zur Verfügung steht, an deren einem dritten Eingang der Regelschaltung zur Vorgabe einer gewünschten Innentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes eine von einem Soiltemperaturgeber entsprechend der Solltemperatur gebildete Sollgröße anliegt; ein vierter Eingang der elektronischen Regelschaltung ist mit dem Ausgang eines Führungsreglers verbunden, an dessen einem Eingang eine von der Innentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes beeinflußte weitere Führungsgröße anliegt und dessen anderer Eingang mit der Sollgröße beaufschlagt ist, wobei das Ausgangssignal des Führungsreglers von der Differenz zwischen der weiteren Führungsgröße und der Sollgröße abhängig ist, daß der Ausgang des Führungsreglers mit einem Eingang einer Optimierungsschaltung verbunden ist, deren anderer Eingang mit einem Eingang der Bewertungsschaltung verbunden ist, und deren Ausgang auf einen anderen Eingang der Bewertungsschaltung geführt ist, wobei das Signal am Ausgang der Optimierungsschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Führungsreglers und von der unbewerteten einen Führungsröße derart auf die Bewertungsschaltung einwirkt, daß die Bewertung der einen Führungsgröße verändert wird, nach Patent ... (deutsche Patentanmeldung P 31 10 730.3).
  • Bei einer Regelvorrichtung nach dem Hauptpatent ...
  • (Patentanmeldung P 31 10 730.3) sind der Führungsregler und die elektronische Regelschaltung so ausgebildet, daß sie die Innentemperatur eines die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes optimal ausregeln. Die Bewertungsschaltung dieser Regelvorrichtung weist Verknüpfungsschaltungen auf, mit denen die Parameter der Bewertung der Außentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes verändert werden können. Diese Parameter sind Parameter einer Heizkurve, die den Verlauf der Vorlauftemperatur des in der Heizungsanlage befindlichen Heizmittels in Abhängigkeit von der Außentemperatur darstellt. Ein Parameter stellt hier eine Parallelverschiebung der Heiz kurve (Niveauverschiebung), ein anderer Parameter stellt die Veränderung der Steigung der Heizkurve dar, die das Verhältnis einer Änderung der Außentemperatur zu einer Änderung der Vorlauftemperatur beinhaltet. Wird diese Regelvorrichtung in einer Heizungsanlage angewendet, die als Fußbodenheizung ausgeführt ist, so stellt sich eine Vorlauftemperatur von ca. 400C mit relativ geringem Schwankungsbereich ein, und es ist hier somit eine relativ geringe Steigung der Heizkurve erforderlich. Ist die Regelvorrichtung für eine Heizungsanlage ausgelegt, die als Radiatorheizung ausgeführt ist, so ist eine Vorlauf-0 temperatur von ca. 60 C mit größerem Schwankungsbereich und somit eine größere Steigung der Heizkurve erforderlich.
  • Weitere Änderungen der Steilheit der Heizkurve sind bei extremen Schwankungen der Außentemperatur als auch der gewünschten Innentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes erforderlich.
  • Eine Änderung der gewünschten Innentemperatur stellt sich als Sprung der Sollgröße am Ausgang des Solltemperaturgebers dar, der direkt auf den dritten Eingang der elektronischen Regelschaltung einwirkt, aber auch zu einer Änderung der Regeldifferenz am Ausgang des Führungsreglers und somit eventuell zu Optimierungsschritten führt. Ein solcher Sprung der Sollgröße führt demgemäß abhängig von den dynamischen Eigenschaften des Führungsreglers und der elektronischen Regelschaltung nach einer Zeitspanne zu einer Änderung der Innentemperatur, wobei die eingestellte Heizkurve bzw. eine Änderung dieser Heizkurve zunächst keinen Einfluß ausübt; ein solcher Einfluß kann nur mittels eventuell erfolgender Optimierungsbefehle in relativ großen Zeitabständen am Ausgang der Optimierungsschaltung ausgeübt werden.
  • Der Führungsregler und die elektronische Regelschaltung bilden mit der Heizungsanlage und dem die Heizungsanlage umgebenden Gebäude einen Regelkreis, bei dem die verschiedenen Regelbausteine, z. B. Führungsregler und elektronische Regelschaltung, bezüglich ihres dynamischen Verhaltens zur Erreichung einer möglichst schnellen Regelung der Innentemperatur, insbesondere hinsichtlich der gesamten Kreisverstärkung und der Zeitkonstanten optimal aufeinander abgestimmt sein müssen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung für Heizungsanlagen zu schaffen, die sich durch ein sehr gutes dynamisches Verhalten des gesamten Regelkreises auszeichnet.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Regelvorrichtung der eingangs angegebenen Art der Ausgang des Solltemperaturgebers mit dem Eingang der Bewertungsschaltung verbunden.
  • Mit dieser Anordnung ist auf einfache Weise erreicht, daß sich ein Sprung der Sollgröße durch Vorgabe einer neuen gewünschten Innentemperatur (Solltemperatur) möglichst schnell als Erhöhung der tatsächlichen Innentemperatur auswirkt. Dadurch, daß die Anderung der Sollgröße in gleicher Weise wie die eine Führungsgröße (Außentemperatur) in der Bewertungsschaltung bewertet wird, kann das dynamische Verhalten des gesamten Regelkreises optimal gestaltet werden, da abhängig von der eingestellten Heizkurve in der Bewertungsschaltung sich auch ein entsprechender Sprung der bewerteten Führungsgröße am Eingang der elektronischen Regelschaltung bemerkbar macht.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Führungsregler als P-Regler ausgebildet und mit dem Ausgang einer Parameteränderungsschaltung verbunden, die mit ihrem Eingang am Ausgang der Optimierungsschaltung angeschl.ossen ist, wobei die Parameteränderungsschaltung, abhängig vom Ausgangssignal der Optimierungsschaltung, ein das Proportionalverhalten des Führungsreglers beeinflussendes Signal erzeugt.
  • Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung ist auf einfache Weise die Auswertung der jeweils eingestellten Heizkurve zur Anpassung des dynamischen Verhaltens des Führungsreglers an die Heizkurve möglich. Ist eine Änderung der Steigung der Heizkurve erforderlich, z. B, durch Änderungen in der Heizung anlage, so kann sich dies nachteilig auf das dynamische Verhalten des gesamten Regelkreises auswirken, da die übergangsf-unktionen, d. h. die Beziehung zwischen Änderungen der Ausgangs- und der Eingangsgrößen der Regelbausteine (z. B. des Führungsreglers), nur für bestimmte Änderungen ihrer Eingangsgrößen- ein optimales dynamisches Verhalten aufweisen. Das dynamische Verhalten ist hier auch insofern von Bedeutung, da ständiges oder lang andauerndes überschwingen der resultierenden Innentemperatur des Gebäudes um die gewünschte Innentemperatur als störend empfunden wird und darüber hinaus zu einem überflüssigem Verbrauch an Heizenergie führt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist die elektronische Regelschaltung zur Gewährleistung eines optimalen dynamischen Verhaltens des Regelkreises als PI-Regler ausgebildet und ist mit dem Ausgang einer weiteren Parameteränderungsschaltung verbunden. In vorteilhafter Weise ist die Parameteränderungsschaltung mit ihrem Eingang an dem Ausgang der Bewertungsschaltung anschaltbar, wobei die weitere Parameteränderungsschaltung abhängig vom Ausgangssignal. der Bewertungsschaltung ein das Proportionalverhalten des Führungsreglers beeinflussendes Signal erzeugt.
  • Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise der Proportionalanteil der elektronischen Regelschaltung derart verändert werden, daß diese abhängig von der bewerteten einen Führungsgröße (Außentemperatur) am Ausgang der Bewertungsschaltung ist. Das dynamische Verhalten der elektronischen Regeischaltung kann somit an den Schwankungsbereich mindestens einer der Eingangsgrößen der Regelschaltung angepaßt werden, so daß eine annähernd gleichbleibende Kreisverstärkung des gesamten Regelkreises gewährleistet ist, unabhängig von der Vorlauftemperatur und von der Art der Heizungsanlage.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung mit einer als PTRegler ausgeführten Regelschaltung ist die Parameteränderungsschaltung mit ihrem Eingang an eine die Regelgrößetührende Leitung anschaltbar, wobei. die weitere Parameteränderungsschaltung, abhängig von dem Wert der Regelgröße' ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung beeinflusndes Signal abgibt.
  • Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise erreicht werden, daß der Proportionalanteil der elektronischen Regelschaltung abhängig von der die Regelgröße bildenden Vorlauftemperatur verändert werden kann. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es wünschenswert sein, das dynamische Verhalten der elektronischen Regelschaltung an den Wert der Vorlauftemperatur anzupassen, um eine -optimale Regelung besonders für einen Zeitraum nach einer gewollten Änderung der Vorlauftemperatur ,-z. B. bei Veränderungen der Heizungsanlage, zu ermöglichen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Parameteränderungsschaltung an ihrem Eingang mit einer Größe beaufschlagbar, die dem Stellwinkel eines zur Heizungsanlage gehörenden Stellgliedes proportional ist,wobei die weitere Parameteränderungsschaltung abhängig von der dem Stellwinkel proportionalen Größe ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung beeinflussendes Signal erzeugt.
  • Dadurch, daß die am Eingang der Heizungsanlage anstehende Stellgröße, die sich als Stellwinkel des Stellgliedes (z. B. Mischventil für das Heizmittel in der Heizungsanlage) darstellen läßt, als Signal für die Steuerung der weiteren Parameteränderungsschaltung herangezogen wird, ist auf einfache Weise erreicht, daß störende Einflüsse, z. B. nichtlineares Verhalten der Heizungsanlage, sich nicht negativ auf das dynamische Verhalten der Regelung auswirken.
  • Die Erfindung wird anhand der Figur erläutert, die ein Prinzipschaltbild des Regelkreises der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung darstellt, In der Fig. weist eine elektronische Regelschaltung 1 Eingänge 2, 3, 4 und 5 auf. Am Eingang 2 steht die Regelgröße an, die von der Vorlauftemperatur Tv des Heizmittels abhängig ist; am Eingang 3 liegt eine bewertete eine Führungsgröße Fa (TA) an, die am Ausgang einer Bewertungsschaltung 6 gebildet ist; an dem Eingang 4 ist der Ausgang eines Solltemperaturgebers 7, der die Sollgröße S erzeugt, angeschlossen, und der Eingang 5 ist mit dem Ausgang eines Führungsreglers 8 verbunden.
  • Am Eingang 9 der Bewertungsschaltung 6 liegt die unbewertete eine-Führungsgröße Fa, die von der Außentemperatur Ta des Gebäudes abhängig ist; ihr ist die Sollgröße S des S-olltemperaturgebers 7 überlagert, wobei die eine Führungsgröße Fa und die Sollgröße gemeinsam durch die Bewertungsschaltung 6 bewertet werden.
  • Am Ausgang des Führungsreglers 8 ist die Regeldifferenz Xw. aus der Sollgröße S und einer weiteren von der Innentemperatur Tr des Gebäudes abhängigen Größe Fr gebildet.
  • Die Regeldifferenz Xw ist auch auf einen Eingang 10 einer Optimierungsschaltung 11 geführt, deren Ausgangssignai zu einer Veränderung der Bewertung in der Bewertung schaltung 6 führt.
  • An einem weiteren Eingang 12 der Optimierungsschaltung 11 ist die Eingangsgröße der Bewertungsschaltung 6 geführt, wodurch.eine zusätzliche Beeinflussung des Ausgangssignals der Optimierungsschaltung vorgenommen wird.
  • Der Ausgang der elektronischen Regelschaltung 1 ist auf den Eingang einer hier symbolisch als- Reglerbaustein 13 dargestellten Heizungsanlage geführt, die ein Stellglied 14, z.- B. ein Mischventil für das Heizmittel der Heizungsanlage, enthält. Das Ausgangssignal dieses Reglerbausteins 13 stellt die Regelgröße R in Abhängigkeit von der Vorlauf- temperatur Tv dar, die auf das hier ebenfalls symbolisch als weiterer Reglerbaustein 15 dargestellte Gebäude einwirkt.
  • Vom-weiteren Reglerbaustein 15 ist als Ausgangssignal die weitere Größe Fr, die von der Innentemperatur Tr des Gebäudes abhängig ist, an den Eingang 16 des Führungsreglers 8 geführt.
  • Zur optimalen Anpassung des Übertragungsverhalten-des Führungsreglers 8 ist dieser über einen zusätzlichen Eingang 17 mit dem Ausgang einer Parameteränderungsschaltung (KPF) 18 verbunden. Die Parameteränderungsschaltung (KPF) ist mit einem Eingangssignal beaufschlagt, das aus dem Ausgangssignal der Optimierungsschaltung 11 hergeleitet ist. Das Ausgangssignal der Optimierungsschaltung 11 enthält u. a. einen Optimierungsbefehl zur Veränderung der Steigung der Heizkurve, woraus die jeweils aktuelle in der Regelvorrichtung eingestellte Heizkurve hergeleitet werden kann. Abhängig von der aktuellen Heizkurve wird mittels der einen Parameteränderungsschaltung 18 der Proportionalanteil der Übertragungs.funktion des Führungsreglers derart verändert, daß ein Überschwingen der Ausgangsgröße nämlich der Regeldifferenz vermieden ist.
  • An einem zusätzlichen Eingang 19 der elektronischen Regelschaltung 1 ist der Ausgang einer weiteren Parameteränderungs schaltung 20 angeschaltet; als Eingangssignal erhält die Parameteränderungsschaltung 20 über einen Umschalter 21 entweder eine Größe, die der Verlauftemperatur Tv des Heizmittels, der bewerteten einen Führungsgröße Fa mit der überlagerten ebenfalls bewerteten Sollgröße S oder dem Stellwinkel des Stellgliedes 14 entspricht.
  • Somit ist sichergestellt, daß abhängig von der aktuellen Regelgröße, die von der Heizungsanlage erzeugt wird bzw.
  • dem Stellwinkel des Stellgliedes entspricht, oder auch abhängig von den bewerteten Größen am Ausgang der Bewertungsschaltung das dynamische Verhalten der elektronischen Regelschaltung optimal eingestellt werden kann, so daß sich eine gleichbleibende Verstärkung des Gesamtregelkreises und ein optimales dynamisches Verhalten des Regelkreises ergibt.

Claims (6)

  1. Patentansprüche Regelvorrichtung für Heizungsanlagen mit a) einer elektronischen Regelschaltung, an deren al) einem Eingang eine von der Vorlauftemperatur eines Heizmittels gesteuerte Regelgröße anliegt, an deren a2) zweiten Eingang eine über eine Bewertungsschaltung geführte und somit bewertete, von der Außentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes abhängige Führungsgröße anliegt a3) an deren Ausgang eine auch von einer Solltemperatur abhängige Stellgröße zur Veränderung der Vorlauftemperatur des Heizmittels zur Ver---fügung steht, an deren b) dritten Eingang zur Vorgabe einer gewünschten innen temperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes eine von einem Solltemp.eraturgeber entsprechend der Solltemperatur gebildete Sollgröße anliegt, deren c) vierter Eingang mit dem Ausgang eines Führungsreglers verbunden ist, an dessen c1)-einem Eingang eine von-der Innentemperatur des die Heizungsanlage umgebenden Gebäudes beeinflußte weitere Führungsgröße anliegt und dessen c2) anderer Eingang mit der Sollgröße beaufschlagt ist, wobei c3) das Ausgangssignal des Führungsreglers von der Differenz zwischen der weiteren Führungsgröße und der Sollgröße abhängig ist, wobei d) der Ausgang des Führungsreglers mit einem Eingang einer Optimierungsschaltung verbunden ist, deren dl) anderer Eingang mit einem Eingang der Bewertung schaltung verbunden ist, und d2) deren Ausgang auf einen anderen Eingang der Bewer- tungsschaltung geführt ist, und wobei e) das Signal am Ausgang der Optimierungsschaltung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Führungsreglers und von der unbewerteten einen Führungsgröße derart auf die Bewertungsschaltung einwirkt, daß die Bewertung der einen Führungsgröße verändert nach Patent ... (deutsche Patentanmeldung P 31 10 730.3), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß f) der Ausgang des Solltemperaturgebers (7) mit dem Eingang (9) der Bewertungsschaltung (6) verbunden ist (Fig.).
  2. 2. Regelvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t daß g) der Führungsregler (8) als P-Regler ausgebildet ist und daß h) der Führungsregler (8) mit dem Ausgang einer Parameteränderungsschaltung (18) verbunden ist, die h1) mit ihrem Eingang an den Ausgang der Optimierungsschaltung (11) angeschlossen ist, wobei h2) die Parameteränderungsschaltung (18), abhängig vom Ausgangssignal der Optimierungsschaltung (11),. ein das Proportionalverhalten des Führungsreglers (8) beeinflussendes Signal erzeugt.
  3. 3. Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß i) die elektronische Regelschaltung (1) als PI-Regler ausgebildet ist und daß j) die elektronische Regelschaltung (1) mit dem Ausgang einer weiteren Parameteränderungsschaltung (20) verbunden ist.
  4. 4. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß k) die weitere Parameteränderungsschaltung (20) mit ihrem Eingang an den Ausgang der Bewertungsschaltung (6) anschaltbar ist, wobei k1) die weitere Parameteränderungsschaltung (29), abhängig vom Ausgangssignal der Bewertungsschaltung (6), ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung (1) beeinflussendes Signal erzeugt.
  5. 5. Regelvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß 1) die Parameteränderungsschaltung (20) mit ihrem. Eingang an eine die Regelgröße führende Leitung anschaltbar ist, wobei 11) die weitere Parameteränderungsschaltung (20) abhängig von dem Wert der Regelgröße ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung (8) beeinflussendes Signal abgibt..
  6. 6. Regelvorrichtung- nach Anspruch 3, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß m) die Parameteränderungsschalung (20) an ihrem Eingang mit einer Größe beaufschlagt ist, die dem Stellwinkel eines zur Heizungsanlage (13) gehörenden Stellgliedes (14) proportional ist, wobei ml) die weitere Parameteränderungsschaltung (20) abhängig von der dem Stellwinkel proportionalen Größe ein das Proportionalverhalten der elektronischen Regelschaltung beeinflussendes Signal erzeugt.
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